Corso di Linguaggi di Programmazione + Laboratorio

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1 Corso di inguaggi di Programmazione + aboratorio Capitolo 1 - Introduzione Si ringrazia il Dott. Marco de Gemmis per la collaborazione nella predisposizione del materiale didattico Apprendimento di un linguaggio di programmazione Perché un insegnamento inguaggi di Programmazione? Non sarebbe stato sufficiente quello di Programmazione? 2/22

2 Apprendimento di un linguaggio di programmazione Una delle competenze fondamentali di un buon informatico è quella di apprendere un nuovo linguaggio di programmazione con naturalezza e velocità Questa competenza non la si acquisisce soltanto imparando ex novo molti linguaggi diversi conoscere tanti linguaggi di programmazione oppure conoscere i fondamenti che sono alla base dei linguaggi di programmazione? 3/22 Apprendimento di un linguaggio di programmazione ingue naturali esistono analogie, somiglianze derivanti dalla genealogia Es.: italiano rumeno cioccolata = ciocolata insalata = salata treno = tren inguaggi di programmazione è difficile conoscerne un gran numero in modo approfondito è possibile conoscerne a fondo i meccanismi che ne ispirano il progetto e l implementazione o studio degli aspetti generali dei linguaggi di programmazione è un passaggio chiave della formazione universitaria e professionale di un informatico 4/22

3 Macchine Astratte e Implementazione dei linguaggi di programmazione Qual è il significato dell espressione: implementazione di un linguaggio di programmazione? Si tratta di un concetto strettamente correlato a quello di: MACCHINA ASTRATTA 5/22 Macchine Astratte e Implementazione dei linguaggi di programmazione Calcolatore = macchina fisica consente di eseguire algoritmi opportunamente formalizzati perché siano comprensibili all esecutore la formalizzazione consiste nella codifica degli algoritmi in un certo linguaggio definito da una specifica sintassi la sintassi di permette di utilizzare determinati costrutti per comporre programmi in Un programma in è una sequenza di istruzioni del linguaggio Macchina astratta = astrazione del concetto di calcolatore fisico 6/22

4 Definizioni di macchina astratta e linguaggio macchina Macchina astratta per Un insieme di algoritmi e strutture dati che permettono di memorizzare ed eseguire programmi scritti in Si denota con M E composta da: una memoria per immagazzinare dati e programmi un interprete che esegue le istruzioni contenute nei programmi inguaggio Macchina Data una macchina astratta M,il linguaggio compreso dall interprete di M è detto linguaggio macchina di M 7/22 e operazioni dell Interprete Operazioni per l elaborazione dei dati primitivi numeri interi, reali operazioni aritmetiche Operazioni e strutture dati per il controllo della sequenza di esecuzione servono per gestire il flusso di controllo delle istruzioni strutture dati per memorizzare l indirizzo della prossima istruzione operazioni per manipolare le strutture dati es.: calcolo dell indirizzo della prossima istruzione 8/22

5 e operazioni dell Interprete Operazioni e strutture dati per il controllo del trasferimento dei dati gestiscono il trasferimento dei dati dalla memoria all interprete es.: recupero degli operandi possono far uso di strutture dati ausiliarie es.: pila Operazioni e strutture dati per la gestione della memoria relative all allocazione di memoria per dati e programmi 9/22 Ciclo di esecuzione del generico interprete 1. Acquisisci prossima istruzione da eseguire 2. Decodifica determina l operazione richiesta dall istruzione e gli operandi 3. Preleva gli operandi ed esegui l operazione richiesta 4. Memorizza l eventuale risultato 5. Torna al punto 1 a meno che l operazione non sia un HAT 10/22

6 Realizzazione di una macchina astratta Per essere effettivamente utilizzata, M dovrà prima o poi utilizzare qualche dispositivo fisico realizzazione fisica in hardware algoritmi di M realizzati direttamente mediante dispositivi fisici Possiamo pensare a realizzazioni che usino livelli intermedi tra M ed il dispositivo fisico simulazione mediante software emulazione mediante firmware microprogrammi in linguaggi di basso livello 11/22 Realizzazione mediante software Algoritmi e strutture dati di M realizzati in un altro linguaggio già implementato M è realizzata mediante programmi in che simulano le funzionalità di M M è realizzata attraverso la macchina M M è detta macchina ospite e si denota con Mo o Intuitivamente l implementazione di sulla macchina ospite avviene mediante una qualche traduzione di in o A seconda di come avvenga la traduzione di parla di: implementazione interpretativa interpretazione compilativa 12/22

7 Definizione di interprete In generale un programma scritto in si può vedere come una funzione parziale: I o I P : o : D D (Prog (P t.c. D) D, Input) P (Input) Non vi è traduzione esplicita dei programmi scritti in, ma solo un procedimento di decodifica P (Input) Output Possiamo dare la seguente definizione di interprete di in o: tale che interprete, per eseguire un istruzione i di, le fa corrispondere un insieme di istruzioni di o. Tale decodifica non è una traduzione esplicita poiché il codice corrispondente a i è eseguito direttamente e non prodotto in uscita 13/22 Definizione di compilatore Un compilatore da a o è un programma che realizza la funzione: C o, o : Prog Prog C o, o(p ) Pc P (D) Pc o (D) Traduzione esplicita dei programmi scritti in in programmi scritti in o linguaggio sorgente o linguaggio oggetto Per eseguire P sull input D, bisogna eseguire C,o con P come input. Si avrà come risultato un programma compilato Pc o scritto in o, che sarà eseguito su Mo o con il dato di input D 14/22

8 Interpretazione vs. Compilazione Interpretazione scarsa efficienza maggiore flessibilità Compilazione maggiore efficienza: la decodifica di un istruzione è fatta una sola volta indipendentemente da quante volte è eseguita minore flessibilità: perdita di informazioni rispetto al programma sorgente (difficile tracciare errori e dunque maggiori difficoltà nel debugging) In realtà i due approcci sono spesso combinati 15/22 Gerarchie di Macchine Astratte Possiamo pensare ad una gerarchia di macchine astratte M 0, M 1, M n M i è implementata sfruttando il linguaggio della macchina sottostante M i-1 M i fornisce a sua volta il proprio linguaggio alla macchina sovrastante M i+1 Indipendenza tra livelli modifiche interne alle funzionalità di un livello non hanno influenza sugli altri livelli 16/22

9 Una gerarchia di macchine astratte MACCHINA WEB MACCHINA INGUAGGIO ATO IVEO MACCHINA SISTEMA OPERATIVO MACCHINA FIRMWARE MACCHINA HARDWARE 17/22 Introduzione alla teoria dei linguaggi formali ivelli di descrizione di un linguaggio grammatica quali frasi sono corrette? semantica cosa significa una frase corretta? pragmatica come usare una frase corretta e sensata? implementazione (per i linguaggi di programmazione) come eseguire una frase corretta in modo da rispettarne il significato? 18/22

10 Concetto intuitivo di grammatica Alfabeto del linguaggio simboli con cui costruire le parole del linguaggio es.: alfabeto latino su 22 o 26 lettere essico parole del linguaggio es.: informatica Sintassi determina quali sequenze di parole costituiscono frasi legali (corrette) e grammatiche sono uno strumento utile per descrivere la sintassi di un linguaggio di programmazione 19/22 Introduzione alla teoria dei linguaggi formali Questa prima parte del programma ha l obiettivo di fornire una base sufficiente alla comprensione delle tecniche di compilazione, oggetto della seconda parte del corso. E per questa ragione che ci concentreremo quasi esclusivamente su due tipi di grammatiche: regolari libere da contesto poiché i linguaggi formali utilizzati in informatica sono per lo più di questi tipi. 20/22

11 Riferimenti Maurizio Gabbrielli, Simone Martini. inguaggi di Programmazione, Principi e paradigmi. McGraw-Hill Capitoli 1-2 Giovanni Semeraro. Appunti di Teoria dei inguaggi Formali. Adriatica Editrice, Bari, Capitolo 1 21/22